Урок біології у 10 класі

Тема. Причини мутацій. Мутагени.

Задачі.  Освітня: сформувати уявлення про причини мутацій та їхнє значення в природі й житті людини; розповісти про Миколу Івановича Вавилова та його закон гомологічних рядів у спадковій мінливості; розглянути види мутагенів.

Розвивальна: розвивати вміння працювати з додатковою інформацією, знаходити головне, встановлювати причинно-наслідкові зв’язки, систематизувати навчальний матеріал у вигляді структурно-логічних схем, працювати в групах, розвивати комунікативну компетентність.

Виховна: виховувати толерантність по відношенню до членів групи, формувати активність, науковий світогляд, спрямовувати на ведення здорового способу життя.

Обладнання та матеріали: презентація PowerPoint, роздатковий матеріал. 

Базові поняття й терміни: мутагени, фізичні мутагени, хімічні мутагени, біологічні мутагени, закон гомологічних рядів у спадковій мінливості.

Концепція уроку: показати причини виникнення мутацій, а також те, що мутації є фактором еволюції організмів; звернути увагу на їхню різноманітність і особливо на те, що не існує нижнього порога дії мутагенних факторів; розкрити практичне значення закону гомологічних рядів у спадковій мінливості; розповісти про долю академіка Миколи Івановича Вавилова.

Тип уроку: комбінований.

Структура уроку

І. Організаційний етап - 2 хв.

ІІ. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності - 4 хв.

III. Вивчення нового матеріалу - 24 хв.

IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань та вмінь учнів - 10 хв.

V. Домашнє завдання - 2 хв.

VI. Підведення підсумків уроку - 3 хв.

ХІД УРОКУ

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП. Привітання з учнями. Інтерактивна вправа «Очікування»: я чекаю від сьогоднішньої застрічі з Вами плідної роботи і активного партнерства! А чого очікуєте Ви?  (відповіді учнів)

ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

 Запитання до учнів

   -Що ви знаєте про мутації та критерії їхньої класифікації?

   -Якими можуть бути мутації з урахуванням наслідків їхньої дії?  

   Чи є організми, які ніколи не зазнають мутації?

   Що станеться, якщо організми перестануть зазнавати мутацій?

Прослухайте, будь ласка, інформацію та проаналізуйте її.

Частота народження дітей із синдромом Дауна зростає від 0,5 % у 30-річних жінок до 2 % у 45-річних. Загальна ймовірність виникнення різноманітних спонтанних мутацій у дітей, народжених матерями віком понад 42 роки, становить близько 30 %. У сорока­річних чоловіків кількість нащадків з карликовим зростом, вкороченими кінцівками, сідлоподібним носом зростає вдесятеро порівняно з двадцяти­річними.

• Як ви гадаєте, з чим пов’язане виникнення цієї мутації?
• Чому саме вік впливає на підвищення відсотка мутацій?
• Пригадайте, що мутації бувають соматичними і генеративними, тобто стосуються перебудови генетичного апарату клітин.

   ІІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

   Розповідь учителя. Мутаційний процес здавна цікавив людину, а компанія Marvel Comics, навіть зробила мутантів своєю фішкою. Ви полюбляєте мутантів – героїв американських коміксів?  Які з них вам відомі? Пригадайте, що є причиною порояву мутацій у головних героїв коміксів?

    Ці причини пов'язані з порушенням основних генетичних процесів, що відбуваються в клітині: реплікації та ділення. Як хромосомні, так і генні мутації являють собою зміну структури молекули ДНК.

   Але не кожне ушкодження ДНК неодмінно реалізується в мутацію, часто відбувається виправлення цих ушкоджень за допомогою особливих ферментів, тобто існує система виправлення помилок. Цей процес виправлення помилок називається репарацією. Проте як би точно не відбувався перебіг генетичних процесів і якими б ефективними не були ферментативні системи виправлення помилок, що виникають, мутаційний процес є невід'ємною характеристикою будь-якого живого організму.

Мутагенез — процес виникнення або штучного одержання успадкованих змін у геномах осіб, які виявляються через зміни у фенотипах.

Тривалий час причини мутацій залишалися нез’ясованими. Лише 1927 року американ­ський генетик Г.Дж. Меллер, опро­мінюючи рентгенівськими променями дрозо­філ, викликав у них різноманітні мутації. Фактори, здатні спричиняти збільшення часто­ти мутацій, називають мутагенними. Мутації, спричинені мутагенними факторами, називають індукованими (від лат. індукціо - спонукання).

Вчені визнают, що серед всіх причин мутацій найбільший вплив здійснюють мутагенні фактори середовища. Зараз досить добре вивчені фактори середовища, що чинять найпотужнішу мутагенну дію, тобто призводять до появи мутацій. Виділяють три основні групи мутагенів: фізичні, хімічні й біологічні.

Інтерактивна вправа «Ажурна пилка». Учн поділяються на три групи. В кожній групі обирається один спікер. Діти отримують завдання, працюють над його виконанням групою. Через 5 хвилин всі члени групи, крім спікера переходят в сусідню групу, де отримують інформацію від спікера іншої групи. Піся поверенення до своєї групи, учні розповідають своєму спікеру про отриману інформацію.

Завдання групам: опрацювати наданий матеріал, скласти свою частину схеми на аркуші, відвідуючи інші групи прослухуючи навчальний матеріал поступово заповнювати інші частини схеми.

Матеріал для роботи груп.  

   1. Фізичні мутагени. Найбільш ефективним фізичним мутагеном є іонізуюче випромінювання. Проходячи крізь клітини, рентгенівські промені, гамма-промені, ядерні частинки й інші іонізуючі випромінювання на своєму шляху вибивають електрони із зовнішніх оболонок атомів або молекул, перетворюючи їх на позитивно заряджені частинки. Іонізуюче випромінювання може вплинути на ДНК як прямо, так і опосередковано, через іонізовані молекули й атоми інших речовин.

      До фізичних мутагенів належить також ультрафіолетове випромінювання, що було встановлено радянськими генетиками на початку 20-х років. Однак його мутагенний ефект істотно менший, ніж у іонізуючих випромінювань.

   Ще більш слабкий ефект має підвищена температура, яка для теплокровних тварин і людини майже не має суттєвого значення внаслідок сталості температури їхнього тіла.

Фізичні мутагени:

•    йонізуюче випромінювання;

•    радіоактивний розпад;

•    ультрафіолетове випромінювання;

•    надмірно висока або низька температура.

   2. Хімічні мутагени. Відомі кілька типів хімічних мутагенів, що відрізняються будовою та механізмом дії. Хімічні мутагени викликають мутації всіх типів.  Хімічні мутагени були відкриті пізніше за фізичні. Значний внесок в їхнє вивчення зроби­ла українська генетична школа, очолювана академіком С.М. Гершензоном. Дослідники щорічно відкривають нові хімічні мутагени (зокрема, акридинові барвники, нітритна кислота, гідроген пероксид, формальдегід (метаналь), деякі лікарські препарати тощо). На­приклад, алкалоїд колхіцин унеможливлює утворення веретена поділу, що спричинює подвоєння числа хромосомних наборів у клітині. Газ іприт (або гірчичний газ), який використовували як хімічну зброю, підвищує частоту мутацій у піддослідних мишей у 90 разів. Дія незначних концен­трацій цього газу на самців дрозофіли значно підвищує частоту летальних мутацій в Х-хромосомі (до понад 7 %). Нітритна кислота здатна спричиняти генні мутації, пов'язані зі зміною пар нуклеотидів, напри­клад ГЦ - на АТ, АТ - на ЦГ. Хімічними мутагенами, зокрема, є наркотич­ні речовини, небезпечний вплив яких виявляється не лише в людини, що їх вживає. Мутації, спричинені наркотиками, можуть передаватись на­щадкам і викликати у них різноманітні спадкові захворювання і вади.

Хімічні мутагени:

•    окисники та відновники (нітрати, нітрити, активні форми кисню);

•    алкілуючі реагенти (йодацетамід);

•    пестициди (гербіциди, фунгіциди);

•    деякі харчові добавки (ароматичні вуглеводні, цикламати);

•    продукти переробки нафти;

•    органічні розчинники;

•    лікарські препарати (препарати ртуті, імунодепресанти).

   3. Біологічні мутагени. Існують біологічні мутагени: молекули ДНК і віруси. Установлено, що цілий ряд мутацій у тварин, рослин і людини — це результат дії вірусів. До біологічних мутагенів належать віруси та токсини, що виробляють деякі бактерії. В уражених вірусами клітинах мутації відбуваються знач­но частіше, ніж у здорових. Вивільнення вірусної ДНК та утворення вірус­ної частинки, яка потім заражає інші клітини, може супроводжуватись захопленням частини ДНК хазяїна. У такий спосіб віруси здатні переноси­ти генетичну інформацію між різними особинами одного або різних видів (горизонтальне перенесення генів). Цей процес має важливе значення в еволюції прокаріотів.

Біологічні мутагени:

•    специфічні послідовності ДНК — мігруючі генетичні елементи;

•    деякі віруси (вірус кору, краснухи, грипу);

•    продукти обміну речовин (продукти окислення ліпідів);

•    антигени деяких мікроорганізмів.

   Мутагени посилюють інтенсивність природного мутаційного процесу в 10—100 разів, а найпотужніші хімічні супермутагени — у тисячі разів.

Фізхвилинка. Дихальна гімнастика. Уявіть, що у Вас в правій руці квітка. Подивіться на неї, що це за квітка, якого вона розміру, кольору, який в неї запах.

Уявіть, що в лівій руці у Вас свічка. Подивіться на неї, що це за свічка, якої форми, кольору.

Тепер повільно вдихніть аромат Вашої квітки, і цім повітрям повільно загасить свічку.

Ще раз вдихніть аромат квітки…, загасить свічку….

Ще раз вдихніть аромат квітки…, загасить свічку….

Ваш організм звільнився від використаного повітря, а кожна клітинка отримала свіжу порцію кисню і готова для продовження активної роботи.

Розповідь учителя. Робота зі слайдами

   Загальні властивості мутагенів:

   1) Універсальність, тобто здатність викликати мутації в усіх живих організмах.

   2) Відсутність нижньої межі мутаційної дії, тобто здатність викликати мутації при дії в будь-яких малих дозах.

   3) Неспрямованість мутацій, які виникають.

   Закон гомологічних рядів у спадковій мінливості. Спонтанний мутаційний процес у генетично близьких родів і видів відбувається паралельно, у результаті чого в різних форм виникають подібні мутації, так звані гомологічні ряди.

   Цей закон сформулював М. І. Вавилов у 1920 p. Вивчаючи мінливість ознак у видів і родів злаків та інших родин, М. І. Вавилов виявив, що всі види й роди генетично близькі між собою й характеризуються тотожними рядами спадкової мінливості. Знаючи ряд форм для одного виду, можна передбачати знаходження таких самих форм у інших видів і родів. Учений дійшов висновку, що цілі родини рослин характеризуються певним циклом мінливості, котрий проходить через усі роди, які складають родину.

   Попри те, що закон стосувався мінливості в рослин, М. І. Вавилов указував на його застосовність і до тварин. Прикладами є поява альбінизму, а також лисих тварин у різних груп тварин.

 Вправа «Мозковий штурм», створення кола ідей на дошці.

• Яке на вашу думку значення мутацій у природі та житті людини?

(чинник еволюційного процесу, виведення нових порід тварин і сортів рослин, штамів мікроорганізмів, генетичний метод боротьби із шкідниками, мінливість – підвищує адаптивність організмів до навколишнього середовища,  причини генетичних хвороб людини, летальні мутації – захист генотипу від появи небажаних генів).

   IV. УЗАГАЛЬНЕННЯ, СИСТЕМАТИЗАЦІЯ Й КОНТРОЛЬ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ УЧНІВ. Виконання тестових завдань:

1. Що таке мутаційна мінливість:

а) зміна генотипу;

б) зміна фенотипу;

в) зміна генотипу і фенотипу.

2. Які мутації називають індукованими?

а) ті що виникають раптово під впливом певних чинників;

б) виникають під впливом цілеспрямованої діяльності людини.

3. Що таке мутагени?

а) гени, що зявилися у результаті мутацій;

б) чинникі які викликають мутації;

в) організми які з’явилися у результаті мутацій.

4. Закон гомологічніх рядів у спадковій мінливості відкрив;

а) Г. Міллер;

б) М.І. Вавілов;

в)  Т. Морган

5. Установіть відповідність між мутагенами та їх групами:

  Підбиття підсумків уроку, рефлексія

 — Сьогодні на уроці я  зрозумів, що…

 — У мене виникло запитання щодо…

   V. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

   1) Вивчити матеріал §     підручника.

   2) Дати відповідати на запитання підручника  

3) підготувати додаткову інформацію за вибором «Охорона людей від дії мутагенів», «Наслідки вибуху на атомній електростанції ЧАЕС»

   VI. ПІДВЕДЕННЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

https://cloud.mail.ru/public/Duds/jUZRN6vFU - скачати презентацію до уроку

https://cloud.mail.ru/public/EF27/CnyFac5Mp - скачати додаток до уроку